Apr, 2024

锂离子电池循环寿命预测：机器学习与更多

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TL;DR电池是动态系统，受到电池设计、化学成分、制造和工作条件等复杂的非线性老化影响。预测电池的循环寿命和估算老化状态对于加快电池的研发和测试，以及进一步了解电池的退化过程非常重要。本教程首先概述了循环寿命预测的基本原理、机器学习和混合电池模型。然后，解释了从实验室测试数据中开发可解释的机器学习模型的典型流程，并且强调了机器学习模型所面临的挑战，以此来激发将物理学引入混合建模方法的动机，后者对于解读电池的老化轨迹至关重要，但需要更多的数据和进一步研究电池退化的物理学。本教程最后讨论了普适性和进一步的研究方向。
发现论文，激发创造
  • 利用有限数据可用性来预测锂离子电池的寿命：对比不同的机器学习算法

    利用不足的数据，比较了不同的机器学习算法和深度学习算法，发现使用手工特征的机器学习模型在预测锂离子电池的剩余寿命方面表现良好，尤其是 Random Forest Regressor 算法，可以实现平均 9.8% 的绝对百分比误差。相比之下，深度学习模型在小样本原始数据上表现不佳，手工特征的机器学习模型在预测锂离子电池寿命方面更为有效。

    Dec, 2023

  • 通过物理知识导向模型优化锂离子电池的循环寿命预测

    用基于物理的方程和自注意力模型结合的新方法，通过早期循环数据预测商业锂铁磷图层石墨电池的循环寿命，并通过拟合容量损耗曲线到这个基于物理的方程，利用自注意力层重构整个电池的容量损耗曲线。我们的模型在预测更多信息（整个容量损耗曲线而不是循环寿命）的同时表现出与现有模型相当的性能，这提供了更强的稳健性和可解释性，我们的模型不需要针对不同的寿命周期重新训练，并且有物理直觉的支撑。

    Apr, 2024

  • 基于早期老化数据预测不同使用条件下电池寿命

    提出一种基于先期容量电压特征数据的电池寿命预测方法，在广泛不同充 / 放电速率和深度下，使用不超过 15% 的数据即可实现 15.1% 的平均绝对百分比误差，通过建立贝叶斯回归模型还可实现对超额样本的预测，文章同时提供了一个电池老化过程公共数据集，在电池的预防性维护、保修和电池设计制造方面具有重要意义。

    Jul, 2023

  • 通过捕捉电池老化的当前状态和演化速率来提高现场寿命预测和分类性能

    通过捕捉电池的老化状态和降解速率，本研究提出了一种方法来提高电池寿命的预测性能。该方法通过从电压松弛数据中提取等效电路模型的六个物理特征来指示老化状态，并通过从移动窗口内电压松弛曲线的差异或不同周期的容量 - 电压曲线的差异提取两个特征来捕捉降解速率。基于高斯过程构建了两个机器学习模型，分别用于描述这些物理特征与电池寿命之间的关系，用于寿命预测和分类。该方法在三种不同类型的 74 个电池单元的老化数据上进行了验证。实验结果显示，仅使用 3-12 分钟的采样数据，具有新特征的方法可以准确预测电池寿命，与基准方法相比，预测准确率提高了 67.09%。仅使用两个相邻周期的信息，电池被分为三组（长寿、中寿、短寿），整体准确率大于 90%，实现了退役电池的高效重新分组。

    Aug, 2023

  • 锂离子电池剩余使用寿命及状态健康度评估（适用于电动汽车）

    提出一种基于机器学习技术的方法，利用电压、电流和温度等各种电池性能参数，训练一个预测模型以准确预测锂离子电池的剩余使用寿命，并在一组锂离子电池循环数据集上评估了该方法的性能，取得了显著的效果

    May, 2023

  • 采用数据分析和等值电路建模技术对老化锂离子电池进行健康诊断和恢复

    通过 62 个商用高能型磷酸铁锂（LFP）电池的老化和重整实验，该论文使用机器学习模型预测电池寿命，并识别可恢复能力的重要指标，还发现了侧向锂非均匀性对可恢复容量损失的贡献，并通过等效电路模型和实验证明了锂非均匀性如何积累并导致可恢复容量损失，SHapley Additive exPlanations（SHAP）分析揭示了电池操作历史对容量恢复的显著影响。

    Sep, 2023

  • Cerberus: 基于放松电压曲线的锂离子电池老化估计和预测的深度学习混合模型

    提出了基于深度学习的混合模型，从充电和放电松弛过程中提取与衰老相关的显著特征，通过合并历史容量衰减数据，动态地提供锂离子电池当前容量的估计和未来容量的预测。验证结果表明，在 0.25C 充电条件下，平均绝对百分比误差（MAPE）为 0.29％，显示了该模型在实际放松过程中的准确性，并与电池管理系统（BMS）中的历史容量记录相结合，从而更准确地预测容量下降。

    Aug, 2023

  • 利用生成式人工智能生成全面的锂电池充电数据

    通过引入 End of Life (EOL) 和 Equivalent Cycle Life (ECL) 作为生成 AI 模型的条件，该研究开发了一种经过改进的条件变分自编码器（RCVAE），通过将数据预处理成准视频格式，实现了电化学数据的综合合成，可以生成特定的电化学数据用于 EOL 和 ECL 的超定监督条件。此方法为用户提供了综合的电化学数据集，开创了锂电池数据人工合成的新研究领域，并可以基于详细的合成数据计算各种电池状态指标，为锂电池性能预测提供了新的视角和可能性。

    Apr, 2024

  • 锂离子电池剩余寿命的两阶段早期预测框架

    通过使用神经网络模型判断降解数据的健康状态并预测第一次预测周期之后的降级模式，本文提出了一种用于锂离子电池剩余寿命（RUL）预测的新方法，并通过实验证明该方法在 RUL 预测方面优于传统方法，显示出在实际场景中提供更准确可靠的电池管理能力。

    Aug, 2023

  • 铅酸电池剩余寿命估计的机器学习方法映射研究

    本文介绍了机器学习方法在估计铅酸电池 State of Health 和 Remaining Useful Life 方面的研究现状，并分析了测量铅酸电池性能的传感器组合。

    Jul, 2023